[发明专利]PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅基发光管

说明书

技术领域：

本发明是一种与CMOS工艺兼容的PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅基发光管的结构，为p-n结正向注入模式发光，为方便与硅基CMOS集成电路相结合，采用侧面小面积发光，发光面采用倒金字塔光陷阱结构，光陷阱技术可以提高器件电光转换效率，该发明在光电子集成回路中具有广阔的应用前景。

背景技术：

由于硅材料在微电子集成领域有着不可替代的地位，以及微电子工艺的飞速发展，硅基发光器件是影响到微电子和光电子两大信息技术更进一步结合实现光电子单片集成的关键问题。近几十年来对硅基发光的研究中比较重要的有：硅中掺铒(Er)发光、硅基MIS结构发光、多孔硅和富硅氧化物(SRSO)发光、纳米硅发光、FeSi₂发光、与CMOS工艺兼容硅p-n结击穿发光、GeSi/Si多量子阱发光、硅p-n结位错环结构发光、硅基量子级联结构发光等。然而这些结构的缺点是，器件结构和制造工艺不能与CMOS工艺兼容、电-光转换效率较低、光发射功率较低、不能与光接收机相匹配、发光波长与应用方面的要求不匹配、发光功率有衰退现象。为改善全硅发光较弱的缺点，研究的要点是设法减少非辐射复合的几率，增大辐射复合几率，以增加光电转换效率。因此设计新的器件结构，采取各种减少非辐射复合几率的方法，有望得到与CMOS工艺兼容的高电功率/光功率转换的硅基LED。

发明内容：

本发明是一种PERL(Passivated Emitter Rear Locally Diffused)型硅基发光管的结构，其特征在于：

1)所设计器件通过改进PERL型太阳能电池结构实现侧面小面积发光的PERL型硅基发光管的设计；

2)单侧注入n型层，形成p-n结结构。

3)利用p-n结正向注入原理实现硅基发光。

4)发光面采用倒金字塔绒面结构，其与金属背反射电极形成光陷阱，提高发光功率。

5)器件结构采用了PERL型侧面单边发光结构，电极在器件上下两侧，均为铝电极，左边为反射背电极，右侧为小面积发光，便于与硅基CMOS集成电路结合。同时在电极与半导体材料之间用高质量的SiO₂钝化，减少表面复合，增强辐射复合几率。电极接触孔处采用重掺杂，减小接触电导损失。

附图说明：

为进一步说明本专利的技术内容，以下结合附图及实施例详细说明于后，其中：

图1器件结构图。

具体实施方式：

由于硅是间接带隙半导体材料，发光强度较弱，对于硅基LED的设计，关键是减少器件的非辐射复合几率，增加辐射复合几率。考虑到与CMOS集成电路工艺和应用方面的要求，本发明根据原有的PERL型硅基太阳能电池的结构进行了改进，设计出新型的PERL硅基LED器件结构，其结构如图1所示。采用右侧面单边小面积发光，以便与硅基CMOS集成电路结合。铝正负电极在器件的上下两侧，左侧为铝背反射电极。由于光陷阱对提高电光转换效率具有显著的作用，右发光面采用倒金字塔绒面结构。同时在电极与半导体材料之间用高质量的SiO₂钝化，减少表面复合，增强辐射复合几率。结构中采用N⁺区(重掺杂磷)，p⁺区(重掺杂硼)作为金属接触孔，以减少金属接触电导损失。从发光角度看，该器件采用单侧轻掺杂n型层形成p-n结，在p-n结正向注入发光模式下实现硅基发光。